有奖任务

电池技术革新尚未出现,停滞不前

[]

网易科技讯 12月4日消息 据国外媒体报道,当2009年苹果重新设计MacBook Pro时,它采用了一种新型电池,使得电池续航能力比之前模型长了40%。这款笔记本电脑可以维持7小时,足以看2遍电影《阿拉伯的劳伦斯》,苹果营销总监菲尔·席勒(Phil Schiller)将这款电池称为“革命性的”,但事实上它的确如此吗?

过去20年间发生的科技飞跃实在令人瞠目结舌。计算机已经从功利主义的盒子转变为由金属和玻璃组成的线条明朗的矩形,且小到能够放在口袋里。现在的设备要强大得多,一款新型智能手表的计算能力比阿波罗登月飞船的都要强大。然而,电池是另外一回事。

即便消费者电子产品制造商,从苹果到三星,为了让设备拥有更长的电池寿命投资了上百万美元的科研资金,科技本身却无法在未来几年就发生翻天覆地的变化。但这并不会减缓高度依赖电池的小配件数量不断上升的趋势。

为什么电池技术停滞不前一直是研究人员讨论的话题之一,很多人表示我们已经到达科学的极限。无论真正的原因是什么,消费者将需要竭尽全力高效利用需要电池驱动的设备。

两条进化路线

为了理解具体的情况,我们必须考虑三个问题:电池制造商的过去、现在以及未来面临的挑战。美国加州高级电池初创企业恩维亚公司的联合创始人和业务开发主管迈克尔·辛库拉(Michael Sinkula)发现1995年电池里存储的能量一直未发生特别显著的变化,直到十多年后2007年电池存储的能量才翻了一倍。自那时起,电池能量的增加从未超过30%。恩维亚相信直到2021年大多数电池存储的能量可能都不会翻倍。

然而,一台标准的手提电脑可以运行长达10小时,这是为什么呢?一般来说科技进步源于两个单独的推动力:不断地缩小每一个零部件的大小和不断改善管理所有部件的软件。一台电脑的大脑是它的微处理器,芯片可以为绘制图片,或者辅助Facebook更新你好友的生日状态进行必要的复杂计算。在过去的几十年,工业界一直在努力缩小处理器的体积。随着它们变得越来越小,它们所消耗的能量越来越少,因此电池寿命越来越长。

但电池另当别论。本质上来说,它们是金属和化学物质的集合。连通电池意味着会有电流经过。而化学过程面临的一个问题便是做的越小并不意味着变得越好。你可以设想它为一瓶饮料:杯子里装的啤酒越少,你能够喝到的啤酒也就越少。

在此之前,主要的电池发展都源于使用了新材料。当材料从镍转化为金属锂后,消费性电子产品的电池寿命极大的延长了。磷酸锂铁之父、现代电池发展的一名重要科学家约翰·古德伊夫(John Goodenough) 教授表示,现在的研究主要关注于改善锂电池的寿命。“元素周期表非常有限,” 古德伊夫说道,因此进步和提升变得越来越困难。

与1979年古德伊夫宣布取得了突破性进展使得现代电池变为可能的时期相比,现在研究电池问题的科学家数量明显要更多,然而,可以试验和研究的新材料却已经匮乏。

智能手机能够持续使用一周——而非只维持一天——所要求的是彻底革新的科技,而这样的技术目前尚未出现。古德伊夫认为“延长电池寿命的下一个策略目前还是未知数。”

通往锂电池的道路

现代电池追溯到18世纪,当时科学家们意外发现了一种处理静电的方法——将金属棒插入内部装满盐水、两端涂有箔层的瓶子。用一只手接触瓶子外部,而金属棒接触瓶子另一端,你就能体验触电的感觉了。

在《电池:便携式电源如何引发了一场技术革命》一书中,亨利·施莱辛格(Henry Schlesinger)描述了科学家们如何研究这种名为莱顿瓶的设备。其中非常著名的发明家是诗人珀西·比希·雪莱( Percy Bysshe Shelley)。年轻时的雪莱在妹妹的帮助下进行了实验。他还得到了妻子玛丽·雪莱的启发,后者在自己创作的小说《弗兰肯斯坦》里将电作为主要的情节设计。

就在小说《弗兰肯斯坦》出版后不久,安纳塔西欧·伏特(Alessandro Volta)发明了第一个被广泛使用的电池伏打电堆,就是在铜板和锌板中间夹上用盐水浸过的卡纸或布片,一层一层堆起来的蓄电池。

当今的电池并未发生巨大的变化。切开电池内部,你可以看见由金属,例如锂制成的一种材料,和另一种材料(一般是碳)。两种材料之间是某种类似于伏特200年前使用的布片的物质——由液体或者胶体包裹的塑料,目的是防止金属发生相互作用,同时能够让原子自由移动。

当电池一端的金属丝与另一端的相接触,就产生了回路,电子会移动,从而产生电流,导致灯泡发光、立体声音响发声或者锁上汽车车门。对现在的电子设备而言,最流行的可充电电池锂离子电池已经被广泛使用了20多年。

市场快速增长

电池是科技的命脉。 根据欧洲知名研究机构法国Avicenne Energy的估计, 1990年,随着锂离子电池涌入市场,全世界对电池的需求高达200000万兆瓦时。这相当于444亿个劲量极限AA锂电池,足以环绕地球57次。截止20年后,也就是2013年,这一需求已经翻倍。

市场研究公司Lux Research预测截止2020年,仅用于驱动电子设备的电池花费将高达266亿美元,比2014年大约增长了30%。大多数需求来自智能手机和平板电脑,预计两者在未来6年将增加45%。用于交通,例如汽车的电池花费将翻倍,高达209亿美元。

考虑到如此巨额的消费,研究人员正在努力改善电池寿命。即便如此,可以物质化的突破性进展寥寥无几。此外,几乎所有的主要研究首先都关注于在汽车和电网方面的应用。

科技巨头,例如IBM,在加州圣何塞的阿尔马登研究中心拥有一支专门研发电池技术的科学家小组。2009年,IBM投资了50万美金要求几名研究人员开发Battery 500项目:旨在打造一块可以支持汽车跑500英里的电池,这意味着一次充电汽车就可以从旧金山行驶到洛杉矶,中途还能绕到沙滩上休息一会。

这一项目的关键是所谓的锂空气电池(The lithium-air battery),这种电池并不是依赖碳和其它金属,而是以锂离子为主,IBM和他的合作伙伴相信他们能够创造一种充满空气的容器,后者能够与锂发生相互作用从而产生电流。如果他们是正确的,那么这种空气电池的重量或可能减轻一半。

但其中存在一个问题:为了实现能量的可持续和再充电过程,你必须获得纯净的空气,但我们现在呼吸的空气充满了污染物和水。“你需要机械装置净化空气。” IBM电池项目负责人温弗里德·维尔克(Winfried Wilcke)说道。这意味着这将增加电池的大小、重量和复杂性。

其它的科学家,包括来自美国麻省理工学院和德克萨斯州大学的研究人员,都在考虑使用其它材料,例如硅、硫和钠。然而很多相关的研究和开发都是针对汽车设计。将这种技术应用于消费性电子产品可能还需要再多等几年。

有些消极的科学家描绘了一幅较为悲惨的前景,他们认为我们已经达到了电池能力的极限。而其他人,例如美国加州电池初创企业Imergy Power Systems首席执行官比尔·沃特金斯(Bill Watkins),则对电池的前景持乐观态度。“从来都不要低估一群拥有足够科研资金的博士们的能力。” 沃特金斯这样说道。(艾米丽)

  腾讯数码讯(编译:Linda)智能手机、可穿戴设备虽然越来越酷,但是它们都存在一个共同、且暂时无法解决的知名问题:电池寿命。传统锂电池显然已经不能满足八核处理器、超清屏幕的需求,所以各种研究机构、大学也都开始新一代电池技术的研发。在科技公司的支持下,我们看到了多种有可能成为未来标准的电池技术,也许会在近几年内真正走进消费市场,下面一起来了解一下。

  1. 超声波充电

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  uBeam超声波充电技术由25岁的天体生物学研究生Meredith Perry在偶然间发现。相对来说,这项技术更接近无线充电解决方案、而不是电池技术。不过,其优势在于一个换能器发出的超声波信号可以被多台设备接受,适合在咖啡厅、机场等公共环境使用。要使用uBeam,还需在手机上贴上传输器,也可以制作成专用外壳。据悉,uBeam将在明年年初推出一个试商用的成品。

  2. 露水充电

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  麻省理工学院的科学家们发现了一种可以从露水中获得电力的方式,不过仍处于早期研发阶段。这项技术需要在设备上集成一层经过特殊处理的金属板,通过露水在上面的跳动获取电力,每平方厘米的金属板可以产生1微瓦的电力,充满一个手机需要12小时。显然,这种技术并不适合日常充电,而是为野营、户外作业或偏远山区的居民提供一种可行的充电解决方案。

  3. 高速充电技术

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  StoreDot是一种高速充电技术,由特拉维夫大学的纳米技术部门研发,在演示中使用了一台三星S4手机和普通电池,实现了30秒充满电的惊人操作。这项技术的原理是在充电器中使用天然有机化合物等生物半导体材质,无需使用特制电池。据悉,StoreDot有望在2016年正式商用,价格也仅为200元人民币左右。

  另外,一个名为Shawn West的发明家,在Kickstarter众筹平台上发起了一项高速充电电池的集资活动,可以在26秒内完成充电。目前,电池种类只要为AA、A、C和D型可充电电池,未来也有可能应用在手机等领域。

  4. 透明太阳能充电板

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  手机厂商阿尔卡特演示了一种太阳能充电技术,在手机屏幕上集成一层透明太阳能电池板,将手机放在阳光下就可以进行充电。这项技术直到2015年才有可能正式商用,可以作为普通充电形式的一种有力补充。另外,豪雅推出的Meridiist奢华手机也采用了类似技术。

  5. Aluminium-air新型汽车电池

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  新型Aluminium-air电池目前已经成功让电力汽车行驶了约1770公里,似乎比特斯拉的电池技术更靠谱。这项技术采用了空气中的氧气来填补阴极,使得其比液态锂电池更轻型、更便宜,耐久力也更长,也许会对未来的汽车领域产生重大影响。

  6. 尿动力电池

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  由比尔·盖茨基金会支持的英国布里斯托机器人实验室,发现了一种可发电的“新型”原料,这就是尿。那么它如何工作?简单来说,就是制作一套微生物电池系统,通过分解尿液中的微生物成分产生电力。研究表示尿液的电力要比其他类型的废物强三倍左右,所以这项技术非常适合集成在公共或是家庭厕所中,可谓是相当环保的可再生能源。

  7. 声动力充电

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  英国的研究人员已经发明了一款可以通过环境声音获取电力的手机,其原理为压电效应,通过收取环境噪音并将其转化为电流为手机充电,似乎是一种非常便携的移动设备充电形式。

  8. Ryden双碳电池

  Power Japan Plus公司宣布了一种新型的Ryden双碳电池,使用碳材质代替锂,更加环保,同时续航力为锂电池的20倍,并且更为稳定。该公司表示,今年晚些时候就会开始生产这种新型电池。

  9. 更便宜的有机电池

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  麻省理工学院研制出一种造价极低的有机电池,通过一种特殊的有机材质,成本仅为金属电池的二十六分之一,并且拥有97%的高存储率。

  10. 硅、钠等其他元素电池

未来电池这样:几秒钟充满电 待机长达数月

  通过沙子发电也是一种新型的电池技术,主要原理在于提取其中的硅材质,运用纳米硅技术替代锂,电池寿命长达3倍,成本更低、也更加环保。除此之外,还有研究利用钠元素来进行发电,相对锂更加常见、成本低,并且拥有更好的电池寿命。

  来源:pocket-lint

电动汽车的发展离不开电池的革新,在许多文章中都有提到过电动汽车的电池的续航能力、充电不便等电动汽车目前面临的问题。在我们在抱怨的时候,电动汽车的电池技术真的在止步不前吗?其实不是这样的,大厂商也在不断地革新着电动汽车的电池质量和电容量的问题。目前市场上有这样几种电池:铅酸蓄电池、磷酸铁锰锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和三元聚合物锂电池等,而且目前电动汽车的续航能力也得到了改善,那么,现在的电池技术的具体情况如何呢?

铅酸蓄电池:你最常见的电池

qian

铅酸蓄电池是平日里最常见的电池,主要的优点是电压稳定、价格便宜,但同时也存在着比能低、使用寿命短和日常维护频繁等问题。在国内,铅酸蓄电池在国内的低速电动汽车上的应用很是普遍,除了上面提到的优点外,这种电池的价格也比其他的电池价格低。铅酸蓄电池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列,容量从200mAh到3000mAh。那么现在算一下铅酸蓄电池的放电时长,这里有个公式,可以用来粗略的计算一下:额定容量×放电容量倍率×〔1+温度系数×(环境温度-25)〕/放电电流=放电时长。铅酸蓄电池虽然价格低廉,但是电池的续航能力比较低。所以,电动汽车上的完全由这种电池来提供能源并不是太合适。

磷酸铁锰锂电池:比亚迪的电池技术

近日,比亚迪董事长王传福表示,比亚迪最新研究的磷酸铁锰锂电池突破了传统的磷酸铁锂电池的能量密度限制,达到了三元材料水平,而在成本控制上比普通的磷酸铁锂更加优秀,而且已经应用在了比亚迪电动车上,续航能力得到了大幅度的提升。

lin-suan

在比亚迪秦这款电动汽车上便应用了该种电池,这款电池就是在磷酸铁锂路线下的改进型,叫磷酸铁锰锂,就是在材料里面添加锰元素。这种电池的能量密度已经达到了三元材料的密度。在续航能力上比现在的磷酸铁锂电池更加的持久,由于目前没有得到确切的价格消息,所以暂时不予比较。

磷酸铁锂电池:电动汽车电池的另一种选择

磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池,主要用作动力电池,而且它的放电效率较高,倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上,而铅酸电池大约为80%。在电池中,磷酸铁锂电池的安全性也高于其他的电池,理论寿命可以达到7~8年,实际使用寿命大约为3~5年,性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。

tie-li

下面再来说说它的缺点,磷酸铁锂电池的价格高于其他类型的电池,而且,电池容量较小,续行里程短,而且报废后基本上不能回收再利用,没有可回收价值。综上所述,磷酸锂铁电池在电动汽车上的应用,会使整体的成本提升,而且电池不可回收利用,这样会造成资源的浪费和消耗。

钴酸锂电池:TESLA的专属电池

TESLA电动车的电池采用了松下提供的NCA系列(镍钴铝体系)18650钴酸锂电池,单颗电池容量为3100毫安时。TESLA采用了电池组的战略,85kWh的MODEL S的电池单元一共运用了8142个18650锂电池,工程师首先将这些电池以砖、片逐一平均分配最终组成一整个电池包,电池包位于车身底板。

gu-li

钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高,主要用于中小型号电芯,标称电压3.7V。TESLA把这样的电池组合到一起,安全性就成了一个很需要关注的问题,TESLA的工程师在电池包内的保险装置分布到每一节18650钴酸锂电池,每一节18650钴酸锂电池两端均设有保险丝,当电池出现过热或电流过大时,保险丝会切断,以此避免因某个电池出现异常情况(过热或电流过大)时影响到整个电池包。那么,就此来看,钴酸锂电池虽然本身存在着缺陷,但是在TESLA的工程师的包装上安全性基本上可以忽略。显然,这样的解决方案还是很适合在纯电动汽车上发展。

Electric Condition

从上面的表格里可以更加直观的比较几种用在电动车上的电池。钴酸锂电池组相对于其他的电池来说续航里程、电池总容量也相对于其他的电池要高,如果钴酸锂电池的安全性再提高一点,那么其在电动汽车上的推广便可以不仅在特斯拉上。电池技术目前仍在不断地进行着革新,目前三元锂电池的时代在慢慢到来(磷酸铁锰锂电池便是三元锂电池的一种),那么,电动汽车的发展,在未来还会不会受电池的禁锢呢?在小编看来,电池不会再成为电动汽车发展路途上的羁绊,最核心的问题正在慢慢的化解。

扩展阅读:

销售商: